CT三維重建聯合仿真釘道建立在腰椎骨折治療中的應用價值

李 碩,石運力,朱 江,王 磊

腰椎骨折是臨床常見的脊柱骨折,以暴力撞擊、老年骨質疏松為主要致傷因素。隨著社會人口老齡化和現代工業的迅速發展,腰椎骨折的發生率已呈逐年升高趨勢,對人民身心健康造成嚴重威脅,故而提高腰椎骨折的治療效果具有重要意義。椎弓根螺釘內固定術具有穩定性高、固定節段少且對脊椎活動影響小的優勢,目前已成為腰椎骨折的主要治療手段[1-2]。傳統的椎弓根螺釘置入主要依賴于解剖學標志和術者經驗,但椎弓根鄰近脊髓和神經根,術中操作時,稍有不慎則會損傷神經根,引起嚴重并發癥,即便是經驗豐富的術者也存在置釘不良的可能性。椎弓根螺釘內固定術的關鍵是置釘點、進針角度的準確度。隨著數字化醫療影像技術的發展,術中C型臂X線透視定位也廣泛應用于骨折治療中,可有效輔助術中定位,提高準確度[3-4],但存在輻射污染,且仍以術者主觀經驗為主。CT三維重建技術是基于計算機圖像處理、立體定位、醫學影像等發展而來的醫學生物技術,配合計算機仿真交互技術,不僅可對病灶進行三維立體重建,還可通過采集病灶相關原始數據進行模擬,計算出最佳治療相關參數,為臨床治療提供更準確有效的指導,提高治療效果,且可有效減少輻射污染[5-6]?；诖?本研究將該技術應用于腰椎骨折治療中,觀察其臨床價值,以期為臨床提供循證依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年1月—2023年1月唐山市第二醫院收治的126例腰椎骨折。納入標準:新鮮單節段腰椎骨折且骨折類型為A型;均行后路短節段椎弓根內固定術。排除標準:意識模糊;含多發傷;病理性骨折;骨折前有活動受限或有明顯髖部疾病;合并強直性脊柱炎;存在惡性腫瘤;妊娠或哺乳期女性。將126例采用隨機數字表法分為2組,觀察組63例接受CT三維重建聯合仿真釘道建立指導手術,對照組63例接受常規解剖標志法結合C型臂X線透視定位指導手術。觀察組男36例、女27例,年齡(45.26±5.17)歲,傷椎節段:L318例、L423例、L522例,致傷原因:外傷37例、退變性損傷26例;受傷至手術時間(1.24±0.13)d。對照組男32例、女31例,年齡(44.97±5.74)歲,傷椎節段:L320例、L425例、L518例,致傷原因:外傷29例、退變性損傷34例;受傷至手術時間(1.19±0.21)d。2組一般資料比較差異無統計學意義(P>0.05),具有可比性。本研究經唐山市第二醫院醫學倫理委員會批準同意[(2024)倫審第(10)號],且患者均對本研究內容了解并簽署知情同意書。

1.2 研究方法

2組均于術前拍攝腰椎正側位X線片、連續薄層CT掃描,上傳至后臺系統,并保存DICOM格式數據。

1)對照組:常規術前準備,全麻,俯臥于可X線透視脊柱手術床上,暴露視野后,結合術前影像資料,采用解剖標志法結合術中C型臂X線透視定位指導手術,明確進針位置和方向,術者根據手術經驗,準備針道后將螺釘置入。

2)觀察組:a.建立模型:CT掃描采用飛利浦PHILIPS Ingenuity,掃描參數:層厚0.625 mm,重建矩陣512×512,重建速度(64層模式,5 122)≥20幅/s,最短掃描時間(360°)≤0.42 s,圖像存儲DICOM格式。利用計算機仿真技術軟件Mimics建模,調取存儲數據,經過CT值范圍選取、圖層分割、平滑處理等過程,建立腰椎骨折節段的三維幾何模型;b.建立仿真釘道:通過進釘點與椎弓根中心點的連線,確定骨折節段椎弓根的仿真螺釘釘道,并進行適當調整,使針道避開血管神經及周圍臟器,尋找最佳針道位置;c.確定進針角度:先定位十字坐標系,然后使十字定位系統原點與釘道相交從而建立空間角度測量基礎,最后測量釘道與椎體水平面及矢狀位夾角;d.設計螺釘置入方案:整理、分析上述數據,并運用Mimics仿真釘道技術設計螺釘置入方案,提供椎弓根橫徑、矢徑數據、螺釘進釘角度、螺釘長度及橫徑。e.準備手術:常規進行術前準備,全麻,俯臥于可X線透視脊柱手術床上,暴露術野,按照術前規劃設計好的椎弓根進釘點、螺釘方向和深度置入椎弓根螺釘。典型患者術后CT二維重建或三維重建圖見圖1。

1a～1e為腰椎CT二維重建圖,1a、1b為冠狀面重建圖,1c為矢狀面重建圖,1d、1e為矢狀面定位像;1f～1h為腰椎CT三維重建圖。

2組術后3 d再次行連續薄層CT掃描,上傳后臺,記錄數據。

1.3 觀察指標

1)對比術前術后CT數據,比較2組置釘優良率。參照文獻[7]標準進行評估:優,螺釘完全置于椎弓根內,且未穿透皮質;良,螺釘螺紋穿透椎弓根狹部皮質,且不超過螺釘直徑的1/4,并未危及周圍血管、神經;差,螺釘螺紋明顯穿透椎弓根狹部皮質,且超過螺釘直徑的1/4,有危及周圍血管、神經的危險。2)記錄2組置釘時間和置釘出血量。3)于術前、術后6個月評估2組腰椎Oswestry功能障礙指數(ODI)[7]評分、下腰痛日本骨科協會評分(JOA)[8]、下肢Fugl-Meyer運動功能評定量表(FMA)[9]評分,比較2組術后腰椎功能恢復情況。ODI指數包括患者疼痛程度、日常生活能力、提重物、行走、坐位、站立、睡眠質量、性生活、社會生活和旅游在內的10個方面,依據患者身體感受分別賦予0～5分,分值越高代表脊柱功能障礙越嚴重。下腰痛JOA包含主觀癥狀、臨床體征、日?；顒邮芟藓桶螂坠δ?個方面,總分29分,分數越高提示患者腰椎狀況越好。下肢FMA包含運動、感覺、膝蓋活動、疼痛4個方面,總分34分,分數越高說明下肢活動功能越好。4)記錄2組術后并發癥。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 2組置釘優良率比較

觀察組總置釘數為319枚,對照組總置釘數為321枚。觀察組置釘優良率為94.67%高于對照組的88.79%(P<0.01)。見表1。

表1 2組腰椎骨折患者置釘優良率比較[枚(%)]

2.2 2組置釘時間和置釘出血量比較

觀察組置釘時間短于對照組,置釘出血量少于對照組(P<0.01)。見表2。

表2 2組腰椎骨折患者置釘時間和置釘出血量比較

2.3 2組腰椎功能恢復情況比較

2組術前ODI、JOA、FMA評分比較均無差異(P>0.05)。術后6個月,觀察組ODI、JOA評分低于對照組,FMA評分高于對照組(P<0.05,P<0.01)。見表3。

表3 2組腰椎骨折患者手術前后腰椎功能恢復情況比較分)

2.4 2組術后并發癥比較

觀察組術后總并發癥發生率低于對照組(P<0.05)。見表4。

表4 2組腰椎骨折患者術后并發癥發生情況比較[例(%)]

3 討論

治療腰椎骨折公認的手術方法仍是椎弓根螺釘內固定術,在有效固定傷椎的同時還可有效恢復椎體的正常生理曲度,促進傷椎恢復[10-13]。但由于椎弓根鄰近脊髓,周圍遍布著血管和神經,置入螺釘的位置不良有可能損傷周圍的血管及神經,引發嚴重的并發癥,影響患者恢復[14]。椎弓根螺釘內固定術成功的關鍵在于進針點的定位及進針角度的預測。傳統的椎弓根置釘常依賴于解剖學標志和術者的經驗,雖然目前術中影像輔助在臨床治療中的應用較為廣泛,可有效輔助術者定位,提高準確度,但置釘過程仍以術者的主觀經驗為主,仍存在置釘不良的風險。故探尋有效的輔助措施,提高置釘準確度,對保障手術安全,改善患者預后具有重要意義。

數字化醫療將計算機技術和臨床醫學結合,具有較好的臨床應用前景。CT三維重建是數字化醫療發展的標志性產物,Mimics軟件是基于計算機仿真交互技術設計出的一款功能強大的醫學影像處理軟件,通過輸入CT參數,可有效對病變部位進行重建,同時通過軟件進行模擬計算,給出最佳的治療參數,有效指導臨床治療,提高治療效果[15-17]。本研究顯示,觀察組置釘優良率高于對照組,分析原因可能是,與徒手置釘相比,CT三維重建可完整并直觀呈現椎體組織形態及空間方位,更好地幫助術者測量患者傷椎數據,獲取椎弓根高度、寬度,確定螺釘置入的長度,獲取椎體橫斷面內傾角、矢狀面傾斜角,定位進針點及進針角度,并利用計算機仿真交互技術進行數據交互,設計仿真針道,模擬置釘,有效幫助術者判斷置釘效果,避免穿透椎體皮質,損傷周圍神經血管,提高置釘準確度,進而提高置釘優良率。朱宗波等[18]研究也提出利用CT三維重建技術規劃釘道,可有效提高置釘成功率和優良率。本研究顯示,觀察組置釘時間短于對照組,且置釘出血量均少于對照組,這一結果提示,利用CT三維重建聯合計算機仿真技術可有效減短置釘時間,減少出血。分析原因可能是,觀察組在術前依據患者的相關數據進行CT三維重建和釘道規劃,可有效縮短術中探索時間和置釘時間,減少因置釘暴露而產生的出血。本研究還顯示,觀察組術后腰椎功能恢復情況優于對照組,與熊亮等[19]研究結果部分相似。進一步可見CT三維重建聯合仿真釘道建立的優勢明顯,分析原因可能與置釘優良率高有關。且在術后并發癥的觀察中也可見觀察組術后并發癥發生率明顯低于對照組,提示利用CT三維重建聯合仿真釘道建立進行腰椎骨折患者的椎弓根內固定術,對患者的術后恢復具有積極意義。

綜上,利用CT三維重建聯合仿真釘道的建立來指導手術,可有效提高腰椎骨折患者椎弓根內固定術置釘優良率,縮短置釘時間,減少出血量,降低術后并發癥發生風險,促進患者術后腰椎功能恢復。